半導體技術新贏家出列 Chiplet、異質整合與GAA技術推進 (2022-01-21 財訊快報 文/李純君)



疫情加速數位轉型,5G、HPC、物聯網等趨勢擴大對半導體晶片的需求,連帶加快半導體新技術的進程,包括小晶片(chiplet)、異質整合等半導體新技術真正被開始採用,而相關的先進封裝逐步量產,至於晶圓代工產業,龍頭廠台積電也將從原先的鰭式場效電晶體(FinFET),跨入閘極全環電晶體技術(GAA),與三星、英特爾展開另外一場競合爭霸。

Chiplet概念竄起

Chiplet小晶片,顧名思義,就是讓晶片更小,比如,把一顆CPU切成3~5個更小的晶片,然後再透過先進封裝整合為一顆功能完整晶片;亦即,將大尺寸多核心設計分散成不同的微小裸晶片,如處理器、類比元件、儲存器等,再用樂高積木的概念堆疊,以封裝技術做成一顆晶片。最早喊出Chiplet的是Intel和AMD,而AMD的Infinity Fabric技術堪稱小晶片的濫觴。

為降低功耗、提升效能,半導體代工製程持續推進,但成本也越墊越高,尤其半導體產業奉為圭臬的摩爾定律,當邁向3奈米後,已達物理極限,無法透過製程微縮解決所有問題,也因此,chiplet有望成為突破摩爾定律的一種方式,將電路分割成獨立小晶片,各自強化功能與縮小尺寸,最後透過先進封裝整合在一起。

值得注意的是,chiplet是種概念,是種晶片形式,而chiplet的後段,一定得仰賴先進封裝技術;目前主要運用小晶片整合封裝技術的大廠包含台積電的CoWoS/SoIC(System-on-Integrated-Chips)、Intel的2D封裝技術EMIB(Embedded Multi-die Interconnected Bridge)、Fovores 3D封裝技術,還有AMD的MCM(Multi-Chip-Module)晶片整合封裝等;而後續採用3奈米代工製程產出的晶片,有望成為主要進入此類技術的產品。

但chiplet屬於高單價、利基性市場,問題不少,包括,標準不一,不同規格與特性的晶片要封裝在一起,在散熱、應力、訊號傳遞上都是考驗。此外,小晶片只要其中一個晶片出問題,整個系統都會受影響,付出的代價很高,成本相對高,也因此,近三年內,採用的廠商家數與產出晶片的數量不會多,以AMD、英特爾為主,封測端則是台積電為主,日月光少量。

此外,因chiplet需要使用的載板數量變多了,因此生產EMIB載板的欣興,以及高階載板的景碩,均能同步受惠。另外因得採用先進封裝技術,相關設備供應商包括弘塑、萬潤及辛耘等也可分得一杯羹。

異質整合決定摩爾定律存續

隨著5G、AI等新興科技應用興起,半導體製程持續微縮,對封裝的要求也愈來愈高,具備高度晶片整合能力的異質整合封裝技術,被視為後摩爾時代下延續半導體產業發展的動能;具體來說,異質整合是透過3D設計,將不同性質的電子零件整合進單系統級封裝中,包括邏輯晶片、記憶體、射頻元件等。

SEMI台灣區總裁曹世綸指出,摩爾定律走到極限,加上電子設備輕薄短小的趨勢,異質整合成為新顯學,相關製程需求將大幅提升。而依據台積電卓越院士兼研發副總經理余振華分析,台積電在異質整合技術進入系統微縮階段,著重加強晶片間連結密度、封裝尺寸大小兩大方向,不過台積電必須面對兩個挑戰,第一是成本控制,第二是製程精準控制的程度。

鈺創董座盧超群默默推動異質整合已經10年了,在2021年12月中旬宣布,鈺創集團本來是一個零組件業者,但2021年也成為一個次系統的提供者,包含「次系統IC化」、「IC次系統化」,提供軟體、應用等予系統廠商使用;尤其鈺創推出全球第一顆採用WLCSP微型封裝技術的DRAM產品RPC DRAM,亦開啟新型商業模式,設計出Controller+DRAM的完整方案,這方案可採取異質整合的封裝形式。

愛普則攜手台積電、力積電成功量產異質整合技術,即VHM;這是一種將DRAM與邏輯晶片真正藉由3D堆疊進行封裝的異質整合技術,愛普提供VHM,包含客製化DRAM設計及DRAM與邏輯晶片整合介面之VHM Link IP,力積電負責客製化DRAM生產,而台積電提供邏輯晶片代工及後段的3D堆疊封裝。此類製程技術,將可陸續被導入AI、網通及圖像處理等特別需要大量頻寬的應用市場。

此外,不論chiplet、異質整合,都須透過後段的先進封裝完成,而創意近幾年隨AI、HPC需求強勁,也已成功拿下不少客戶的委託設計訂單,並採用台積電CoWoS或SoIC等先進封裝技術,因此也會是相關大趨勢下的受益廠商。(全文未完)

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